ミシュランが1895年に最初の空気入りタイヤを正式に生産して以来、自動車産業の急速な発展に伴い、タイヤ業界は技術の継続的な向上と新製品の開発に努めてきました。現在では、成熟した完全なタイヤ生産チェーンが世界中で構築されています。タイヤにとって、骨格材料はタイヤの強度、耐荷重性、そして寸法安定性を確保するための重要な材料です。ラジアルタイヤの普及に伴い、高性能ラジアルタイヤやグリーン環境対応タイヤが徐々に開発され、骨格材料への性能要求はますます高まっています。パラアラミドは、その優れた材料特性から、高性能タイヤに徐々に採用されています。
タイヤ骨格材料の分類と性能
スケルトン材料はゴム製品の主要な応力支持層であり、ゴム製品の性能、耐用年数、そして使用価値に決定的な役割を果たします。理想的なスケルトン材料は、高強度、高弾性率、耐疲労性、低クリープ性などの機械的特性と、低密度、耐高温・耐低温性、耐腐食性、難燃性などの物理的・化学的特性を備えている必要があります。タイヤ繊維スケルトン材料には主に4つの種類があり、それぞれに長所と短所があります。
（1）レーヨンコードは、高温弾性率保持性に優れ、低収縮特性を有し、寸法安定性はナイロンやポリエステルコードよりもはるかに優れています。ラジアルタイヤのカーカスに使用することで、優れた操縦性能が得られますが、湿潤強度が低く、製造時の汚染が深刻です。
（2）ポリエステルコードは、高弾性率、高強度、低伸度、低熱収縮、良好な寸法安定性、そして乾燥強度と湿潤強度がほぼ同等といった利点を有しています。耐疲労性と耐衝撃性はレーヨンコードよりも優れていますが、高温下では温度上昇によりアミノリシスを起こします。
（3）ナイロンコードの利点は、高強度、低比重、低ヒステリシス損失、低吸湿率、高湿潤強度、良好な弾性、レーヨンコードの10倍の耐屈曲性、他の繊維コードよりも優れた耐疲労性などです。主な欠点は、熱収縮率が大きく、熱安定性と寸法安定性が低いことです。
（4）アラミドコードは、耐熱性、強度、弾性率が高く、変形が小さいという特徴から、近年徐々に普及が進んでいます。研究によると、アラミドコードはタイヤの質量と転がり抵抗を低減するだけでなく、耐パンク性や耐カット性も向上させることが示されています。
一般的に使用されているタイヤ骨格材料の性能比較を表1に示します。
| アイテム |
パラアラミド |
スチールワイヤー |
レーヨン |
ナイロン66 |
ポリエステル |
| 密度/（Mg∙m^-3） |
1.44 |
7.85 |
1.53 |
1.14 |
1.38 |
| 分解温度（窒素）/°C |
>500 |
1600 |
200 |
255 |
260 |
| 引張強度/MPa |
2830 |
2550 |
780 |
960 |
1150 |
| 比強度/(mN∙tex^-1) |
1970 |
330 |
510 |
840 |
830 |
| 初期弾性率/GPa |
80 |
160 |
18 |
6 |
14 |
| 比弾性率/(N∙tex^-1) |
55 |
20 |
12 |
5 |
10 |
| 熱膨張係数 ×10⁶/K^-1 |
-2.2 |
3.7 |
- |
- |
- |
| 破断伸び/% |
3.6 |
1.9 |
13.0 |
20.0 |
13.5 |
| 200℃×48時間後の強度保持率/% |
90 |
100 |
20 |
45 |
55 |
| 空気乾燥熱収縮（160 °C ×4分)/% |
<0.1 |
0 |
1.0 |
3.8 |
5.0 |
パラアラミドの比強度と比弾性率は、それぞれ鋼線の約6倍と約3倍、ナイロン66の約2倍と約10倍です。パラアラミド材料の性能は、-200～200℃の温度範囲でも正常レベルを維持します。引張強度を一定に保つことで、ゴム製品の質量を大幅に軽減し、過酷な気候条件下での使用にも耐えることができます。パラアラミドは、優れた低クリープ性、耐疲労性、低熱収縮性、耐化学腐食性を備えており、ゴム製品の寸法安定性を大幅に向上させ、耐用年数を延ばすことができます。そのため、パラアラミドは極めて理想的なタイヤ骨格材料です。
タイヤ骨格材料におけるパラアラミドの応用
アラミド繊維がタイヤ構造に初めて応用されたのは、ラジアルタイヤのベルト層でした。その特殊な特性により、現在ではますます多くのタイヤ部品に使用されています。技術的な観点から見ると、アラミド繊維はタイヤのあらゆる部分の骨格材料として使用でき、樹脂と混合してスチールワイヤーの代わりにタイヤビードを形成することで、タイヤの大幅な軽量化を実現できます。現在、アラミド繊維は露出エッジベルト層、折り畳みベルト層、周方向ベルト層、ラジアルタイヤカーカス、ビードカバー、ワイヤーリング、レーシングバイアスタイヤカーカス、バイアスタイヤ緩衝層などに応用されています。
乗用車用タイヤのベルト層に2×0.30HTスチールコードの代わりに1680dtex/2アラミドコードを使用することで、タイヤ重量を6.4%～7.5%、転がり抵抗を12.5%低減できます。カーカスとベルト層に1680dtex/2アラミドコードを使用することで、タイヤ重量を15%低減でき、その他のタイヤ特性も規格要件を満たし、乗り心地も向上します。
同じ質量において、その強度と弾性率はポリエステル、ポリアミド、スチールワイヤーなどの素材をはるかに上回り、安全性と耐久性に非常に優れています。折りたたみ式レーシングタイヤにスチールコードの代わりにアラミドコードを使用する最大のメリットは、タイヤの軽量化と折りたたみ性の向上です。アラミドの軽量特性は、高性能レーシングタイヤに最適です。車両の軽量化と同時に、より速いブレーキングと優れたコーナリング性能を実現します。
アラミド短繊維を全鋼荷重支持ラジアルタイヤの充填ゴムに応用しました。アラミド短繊維の特殊な構造と特性は、ゴム製品に高弾性率、高硬度、高強度、寸法安定性、耐摩耗性といった優れた特性をもたらします。試験結果によると、アラミド短繊維はゴムコンパウンドのムーニー粘度を低下させ、t90を短縮し、温度上昇を抑制し、損失係数を低下させ、ペイン効果を低減し、完成タイヤの耐久性に優れていることが示されており、アラミド材料がタイヤ性能の向上に非常に効果的であることが示されています。
| アイテム |
1100デシテックス/2 |
1680デシテックス/2 |
| 破断強度/N |
≥330 |
≥450 |
| 破断強度の不均一率/% |
≤3.5 |
≤3.5 |
| 66.6 N 定格荷重時の伸び/% |
1.8±0.6 |
2.0±0.6 |
| 破断伸び/% |
4.5±1.5 |
6.0±1.5 |
| 破断伸びの不均一性/% |
≤5.0 |
≤5.0 |
| 乾熱収縮率/% |
≤0.5 |
≤0.5 |
| H 抽出力/（N•cm^-1) |
≥100 |
≥130 |
アラミドコードはゴム骨格材料として多くの利点を有するものの、圧縮疲労や曲げ疲労への耐性が低い、接着が難しい、生産コストが高いなどの問題があり、アラミドコードの幅広い応用が制限されています。そこで、アラミド/高強度ナイロン複合コードファブリックが開発されました。アラミドとナイロンを一定の比率で紡糸、撚糸、浸漬、熱処理することで得られる複合コードファブリックは、ナイロンとアラミドの欠点を解消し、双方の利点を融合させ、相互補完的な材料特性を実現し、高性能タイヤの厳しい要求を満たすことができます。今後、複合コードファブリックはタイヤにますます広く使用されるようになるでしょう。
